Thuật toán đồng thuận Blockchain là gì?

3 nội dung chính:

• Thuật toán đồng thuật của blockchain là cơ chế đảm bảo các giao dịch được tạo ra trên blockchain là đúng, trung thực và minh bạch.
• Các blockchain cần thuật toán đồng thuận để tạo dựng và duy trì sự phi tập trung của mạng lưới.
• Có rất nhiều loại thuật toán blockchain hiện nay, trong đó phổ biến nhất là Proof of Stake.

Giải thích về Thuật toán đồng thuận

Về bản chất, blockchain bao gồm nhiều node kết hợp lại tạo ra một mạng lưới. Để một giao dịch được ghi lại trên blockchain, nó phải được đồng ý đồng thời bởi tất cả các node trên mạng lưới.

Đồng thuận = tức là Tất cả các khối đều phải đồng ý !

Cơ chế đồng thuận = Tức là các thiết lập nhằm đảm bảo tất cả các khối đều phải đồng ý.

Khi các blockchain áp dụng cơ chế đồng thuận, tức là các giao dịch trên mạng đó đều cần được đồng ý bởi tất cả các khối. Điều này biến mạng blockchain đó trở thành 1 sổ cái khổng lồ chứa đựng tất cả các thông tin giao dịch, không thể xoá bỏ, không thể hoàn tác.

Nhờ vậy, các blockchain mới có những đặc điểm tuyệt vời như: Bảo mật, Minh bạch, Phi tập trung. Chống được các hackers (vì các giao dịch cần tất cả các khối xác nhận thì mới thực hiện được).

Các Blockchain xịn = chính là các blockchain có nhiều khối tham gia xác thực giao dịch (nhiều khối tham gia vào đồng ý giao dịch đó). Điều này đồng nghĩa với việc Bitcoin và Ethereum là 2 blockchain an toàn nhất cho tới hiện tại.

Các thuật toán đồng thuận Blockchain phổ biến hiện nay

1. Proof of Work

• Bằng chứng công việc
• Work to prove: Làm việc để xác thực giao dịch
• Là thuật toán đồng thuận blockchain đầu tiên ra đời
• Được sử dụng bởi Bitcoin – đồng tiên mã hoá đầu tiên trên thế giới.

Proof of Work (PoW) hay còn gọi là bằng chứng công việc. Với cơ chế đồng thuận này, các node sẽ sử dụng sức mạnh máy tính để giải các bài toán tạo ra mã hash. Node đầu tiên giải bài toán, giành quyền xác thực giao dịch, sau đó sẽ được nhận phần thưởng là BTC. Quá trình này được gọi là “mining” (đào coin), trong đó các node đóng vai trò là các miners (thợ đào).

Khi một node giải bài toán và xác nhận giao dịch, giao dịch đó cũng sẽ được kiểm tra và xác nhận bởi tất cả các node khác trong mạng lưới. Nếu câu trả lời được thông qua, tất cả các node sẽ thêm giao dịch này vào blockchain, làm cho blockchain có thể dễ dàng xác minh và đồng bộ hoá.

Vì cần nhiều máy tính tham gia, Proof of Work yêu cầu một lượng tiêu thụ điện lớn cũng và chi phí khá đắt đỏ cho các phần cứng bắt buộc.

Thêm nữa, một block trên một blockchain Proof of Work cũng cần nhiều thời gian hơn để được tạo ra và xác thực, điều này làm cho thuật toán này kém hiệu quả và tốn tài nguyên (thậm chí là không thân thiện với môi trường) hơn các thuật toán đồng thuận khác.

Đây là cơ chế đồng thuận đầu tiên và gắn liền với Bitcoin (BTC), Ethereum (ETH),…

2. Proof of Stake

• Bằng chứng cổ phần
• Được sử dụng đầu tiên bởi Ethereum
• Các node cần stake các native token để giành quyền tham gia xác thực và tạo khối
• Để làm validator (người xác thực khối) => thường cần stake một số lượng native token nhất định
• Validator nhận “thù lao” sau khi xác thực giao dịch
• Khi một giao dịch giao dịch diễn ra, các validator sẽ được chọn ngẫu nhiên để xác thực giao dịch.
• Stake càng nhiều, tỷ lệ được chọn làm người xác thực giao dịch càng lớn.

Proof of Stake (PoS), hay còn gọi là bằng chứng cổ phần, là cơ chế thuật toán đồng thuận phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng đầu tiên bởi Ethereum. Thay vì sử dụng sức mạnh máy tính, Proof of Stake yêu cầu các node tham gia xác thực giao dịch phải đặt cược (stake) một số lượng nhất định native token của blockchain để giành quyền tham gia xác thực và tạo khối.

Thường các blockchain sử dụng Proof of Stake sẽ yêu cầu một số lượng token tối thiểu để được tham gia làm validator.

Ví dụ, để trở thành validator của Ethereum, người dùng sẽ phải stake ít nhất 32 ETH. Số token này được đặt cọc để đảm bảo các node hoạt động tốt, tức là nếu node đó offline quá lâu hoặc có những hành vi gian lận, số token đã stake có thể bị thu một phần hoặc mất toàn bộ tuỳ thuộc vào mức độ.

Validator node trong mạng lưới Proof of Stake sẽ nhận được phí giao dịch làm phần thưởng. Khi một giao dịch giao dịch diễn ra, các validator sẽ được chọn ngẫu nhiên để xác thực giao dịch, số lượng token stake càng nhiều tỉ lệ được chọn cũng sẽ tăng tương ứng.

Như vậy, Proof of Stake giúp tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường hơn Proof of Work. Để trở thành một validator node cũng đơn giản hơn và không phải sử dụng các thiết bị phần cứng quá “khủng”.

Proof of Stake được đánh giá là ưu việt hơn Proof Of Work và đang rất thịnh hành với rất nhiều blockchain sử dụng như Cosmos (ATOM), Binance Coin (BNB), Ontology (ONT),…

3. Delegated Proof of Stake (DPoS)

• Bằng chứng uỷ quyền cổ phần, là phiên bản phát triển của Proof of Stake.
• So với PoS nguyên bản, DPoS được đánh giá là nhanh hơn và hiệu suất tốt hơn
• Đảm bảo sự trung thực và công bằng bằng việc bỏ phiếu liên tục và liên tục xáo trộn hệ thống, để đảm bảo những người được chọn là trung thực và có trách nhiệm

Thay vì chọn validator ngẫu nhiên như PoS, token holders sẽ chọn một số các node chuyên nghiệp để các node này vận hành mạng, bù lại, token holders sẽ được chia sẻ một phần phần thưởng cho công việc duy trì an ninh cho mạng. Trong mỗi block, số lượng delegators được chọn để xác thực giao dịch là giới hạn và ngẫu nhiên.

Ngoài ra, Delegated Proof of Stake có số lượng validator có giới hạn, thường giao động từ 10 – 100, so với PoS nguyên bản, DPoS được đánh giá là nhanh hơn và hiệu suất tốt hơn.

DPoS giúp đảm bảo sự trung thực và công bằng bằng việc thực hiện các hoạt động bỏ phiếu liên tục và cũng liên tục xáo trộn trong hệ thống, để đảm bảo những người được chọn là trung thực và có trách nhiệm.

Một số dự án sử dụng cơ chế này là: Cosmos (ATOM), EOS (EOS), Tron (TRX)…

4. Proof of History (PoH)

• Bằng chứng lịch sử
• Solana là blockchain đầu tiên dùng

Proof of History, hay còn gọi là bằng chứng lịch sử, là thuật toán đồng thuận khá mới được giới thiệu bởi Solana. Thay vì xét theo logic, PoH sử dụng timeline giao dịch làm tài liệu tham khảo. Vì vậy, các validator node của mạng Solana có thể tạo các block tiếp theo mà không cần phải phối hợp với toàn bộ mạng lưới.

Về cơ bản, Proof of History không tính toán output từ dữ liệu input, thay vào đó PoH sử dụng một tính năng để sử dụng các output đã có trước đó làm input. Cơ chế này được xây dựng để giải quyết vấn đề về thời gian trong các mạng phi tập trung ở nơi không có cùng mốc thời gian.

5. Proof of Authority (PoA)

• Bằng chứng uỷ quyền
• Đồng thuận dựa trên danh tiếng
• Người xác thực khối được tuyển chọn dựa trên danh tiếng của họ => số lượng giới hạn
• Hi sinh sự phi tập trung để đổi lấy hiệu suất và khả năng mở rộng,
• Hay nói cách khác, mô hình này chỉ làm các hệ thống tập trung trở nên hiệu quả hơn.

Proof of Authority, hay còn gọi là bằng chứng uỷ quyền, là thuật toán đồng thuận dựa trên danh tiếng. Khác với PoS, những validators làm nhiệm vụ xác thực khối sẽ không được chọn dựa trên số coin họ nắm giữ mà sẽ dựa trên chính danh tiếng của mình.

Lượng validator của mạng lưới được giới hạn, giúp cho Proof of Authority trở thành một mô hình có khả năng mở rộng. Trong đó, các giao dịch được xác thực bởi các validator đã được chọn lọc và phê duyệt, đây cũng chính là những người điều tiết hệ thống.

PoA đề cao giá trị danh tính, tức là những người được chọn là các validator đáng tin cậy, điều này giúp cho một vài công ty và doanh nghiệp có thể ứng dụng thuật toán này. Không chỉ vậy, thuật toán đồng thuật PoA có thể được coi là một lựa chọn giá trị cho các ứng dụng trong ngành hậu cần, chuỗi cung ứng.

Để có những ưu điểm trên, PoA phải đánh đổi bằng sự phi tập trung, hi sinh sự phi tập trung để đổi lấy hiệu suất và khả năng mở rộng, hay nói cách khác, mô hình này chỉ làm các hệ thống tập trung trở nên hiệu quả hơn.

PoA được đề xuất lần đầu tiên bởi cựu CTO của Etherueum, Gavin Wood vào năm 2017, sau đó được sử dụng bởi Binance Smart Chain (BNB Chain) và các exchange chain khác như HECO, OKExChain, Gatechain, Cronos…

6. Proof of Contribution (PoC)

• Tạm dịch là bằng chứng cống hiến
• Giống tín dụng: Sự uy tín của một người dùng được đánh giá dựa trên số lượng token đã stake và các giao dịch trong lịch sử
• Trước khi tham gia vào mạng lưới, người dùng sẽ phải stake một khoản tiền gọi là security deposit. Sau khi tính toán xong, các node đúng được thưởng phí giao dịch và staked token của các node sai.

Proof of Contribution (tạm dịch là bằng chứng cống hiến) giám sát hành động của tất cả validator trong mạng lưới và xếp hạng các validator đó dựa theo đóng góp của họ – một cơ chế khá tương đồng với hệ thống tín dụng xã hội. Sự uy tín của một người dùng được đánh giá dựa trên số lượng token đã stake và các giao dịch trong lịch sử.

Trước khi tham gia vào mạng lưới, người dùng sẽ phải stake một khoản tiền gọi là security deposit. Sau khi hoàn thành các công việc tính toán, các node có các kết quả được xác thực sẽ được thưởng phí giao dịch và staked token từ các node không có kết quả chính xác.

7. Proof of Reputation (PoR)

• Giống Proof of Contribution (PoC) nhưng chọn validator khắt khe hơn: Danh tiếng phải lớn đến mức nếu xác thức sai => bị huỷ hoại danh tiếng

Proof of Reputation (tạm dịch bằng chứng danh tiếng), là phiên bản nâng cấp của Proof of Contribution. Tiến trình hoạt động của PoR tương đồng với PoC, điểm khác biệt là ở cách chọn validator. Trong khi ai cũng có thể trở thành 1 node của một blockchain PoC, PoR yêu cầu một quy trình chọn lọc khắt khe hơn.

Để được trở thành một validator trên blockchain PoR, danh tiếng của người dùng phải lớn tới mức việc có các hoạt động gian lận trên blockchain ngay lập tức có thể huỷ hoại danh tiếng.

Do đó, các validator của mạng lưới thường là công ty. Đây là khái niệm tương đối trừu tượng vì hầu hết các công ty tham gia vào hệ thống nếu gian lận sẽ bị ảnh hưởng đến danh tiếng, những công ty lớn sẽ thiệt hại nhiều hơn.

Dự án tiêu biểu sử dụng thuật toán PoR là GoChain Coin (GO).

8. Byzantine Fault Tolerance (BFT)

• Ripple (XRP) dùng
• Mỗi validator tự quản lý một trạng thái chuỗi và share thông tin cho chuỗi khác

Byzantine Fault Tolerance (hay Hệ thống chịu lỗi Byzantine – BFT) là hệ thống có thể giải quyết được vấn đề của bài toán Byzantine. Điều này có nghĩa là hệ thống BFT có thể tiếp tục hoạt động ngay cả khi một số node bị lỗi hoặc thực hiện hành động gây hại cho mạng chung.

Thuật toán này cho phép những người thực hiện xác minh quản lý mỗi trạng thái của một chuỗi, đồng thời chia sẻ các thông điệp với một chuỗi khác, để có được những bản ghi giao dịch chính xác và đảm bảo sự trung thực.

Một số dự án sử dụng thuật toán này: NEO (NEO), Ripple (XRP), Stellar (XLM)…

Các thuật toán đồng thuận khác

Hiện tại đã xuất hiện rất nhiều cơ chế đồng thuận khác nhau, phục vụ cả nhu cầu công cộng và riêng tư. Còn một vài cái tên khác có thể kể đến như Proof of Location (PoL), Proof of Burn (PoB), Proof of Zero (PoZ), Proof of Weight (PoWeight), Direct Acyclic Graph Tangle (DAG),…

Các thuật toán blockchain này khá khó để thay đổi, do đó người ta thường nghĩ tới việc tạo ra một cơ chế mới. Những blockchain mới hơn với những cơ chế đồng thuận mới hơn sẽ đem đến sự phát triển không ngừng của blockchain trong tương lai.